可靠度理论及应用

10.16638/ki.1671-7988.2020.12.045汽车耐久性可靠性理论与实践宋磊，刘风华，何帆影，黄勤（江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）摘要：汽车耐久可靠性评价经常由于概念的混淆及样本量的限制导致评价偏差，甚至于部分车企只是盲目的进行道路试验，对于试验过程中的故障、失效并未做科学的统计分析，从而陷入路试、整改、再验证的死循环中，浪费了大量资源，文章基于对耐久性与可靠性的定义解读借助可靠性统计分析的数学方法将耐久可靠性的评价进行量化以帮助耐久可靠性工程师能够客观评估产品的耐久可靠性水平。

关键词：B10寿命；故障率1/MTBF；可靠度函数F（t）中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)12-146-03Vehicle Durability and Reliability Theory and PracticeSong Lei, Liu Fenghua, He Fanying, Huang Qin( Jiangxi ISUZU Motors Company, Product Development Technology Center, Jiangxi Nanchang 330001 )Abstract:As durability and reliability is similar in concept, and the vehicle test sample is always be limited so some company just arrange vehicle to run road test but do not analysis the test defect then they fall in a dead cycle: test_defect solve_revalidation and don’t know the durability and reliability level of their product, so we need to find a way to give a normative evaluation assessment.Keywords: B10 durability life; Failure rate 1/MTBF; Reliability function F(t)CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)12-146-03引言汽车耐久可靠性是车辆最重要的性能之一，它是用户最为关心的性能，关系到出车率和使用率，耐久可靠性差会直接影响到产品销售。

可靠性工程基本理论1可靠性（Reliability）可靠性理论是从电子技术领域发展起来，近年发展到机械技术及现代工程管理领域，成为一门新兴的边缘学科。

可靠性与安全性有密切的关系，是系统的两大主要特性，它的很多理论已应用于安全管理。

可靠性的理论基础是概率论和数理统计，其任务是研究系统或产品的可靠程度，提高质量和经济效益，提高生产的安全性。

产品的可靠性是指产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。

产品可以是一个零件也可以是一个系统。

规定的条件包括使用条件、应力条件、环境条件和贮存条件。

可靠性与时间也有密切联系，随时间的延续，产品的可靠程度就会下降。

可靠性技术及其概念与系统工程、安全工程、质量管理、价值工程学、工程心理学、环境工程等都有十分密切的关系。

所以，可靠性工程学是一门综合性较强的工作技术。

2可靠度（Reliablity）是指产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的概率。

可靠度用字母R表示，它的取值范围为0≤R≤1。

因此，常用百分数表示。

若将产品在规定的条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率记为F，则R=1－F。

其中F称为失效概率，亦称不可靠度。

设有N个产品，在规定的条件下，在规定的时间内，有n个产品失效，则F=n/NR=(N-n)/N=1－F可靠度与时间有关，如100个日光灯管，使用一年和使用两年，其损坏的数量是不同的，失效率和可靠度也都不同。

所以可靠度是时间的函数，记成R（t），称为可靠度函数。

图5-1是可靠度函数R（t）和失效概率F（t）变化曲线。

图5-1可靠度3失效率（Failurerate）失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时该后，单位时间内发生失效的概率。

在极值理论中，失效率称为“强度函数”；在经济学中，称它的倒数为“密尔（Mill）率”；在人寿保险事故中，称它为“死亡率强度”。

失效率是衡量产品在单位时间内失效次数的数量指标；它也是描述产品在单位时间内失效的可能性。

系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中非常重要的一个领域，它一方面涉及到理论研究、模型建立等基础工作，另一方面也需要结合实际工程实践来验证和改进。

本讲义将介绍系统可靠性的基本理论与工程实践，并探讨如何提高系统的可靠性。

一、系统可靠性的定义与重要性1.1 系统可靠性的定义系统可靠性是指系统在给定的条件下在一段时间内满足特定要求的能力。

这个特定要求可以是正常工作的概率、失效的概率、失效后的恢复能力等。

1.2 系统可靠性的重要性系统可靠性直接影响到系统的稳定性、安全性和可用性。

一个可靠的系统能够正常工作并且能够应对可能出现的各种故障和异常情况，从而保证工程项目的顺利进行和安全性。

二、系统可靠性的理论基础2.1 可靠性的概率理论可靠性的概率理论是系统可靠性研究的基础，它将系统的可靠性问题转化为概率分布和统计计算问题。

常用的理论方法有可靠性函数、失效率函数、故障模式与失效分析等。

2.2 系统结构与可靠性分析系统结构与可靠性分析是指通过对系统结构与组成部分进行分析，计算系统的可靠性。

常用的方法有事件树分析、故障树分析、Markov模型等。

2.3 可靠性增长理论可靠性增长理论是指通过对系统进行可靠性试验和监控，根据得到的失效数据对系统进行可靠性增长预测和改进。

常用的方法有可靠性增长图、可靠性增长模型等。

三、系统可靠性的工程实践3.1 可靠性设计可靠性设计是指在系统设计阶段，通过选择可靠性较高的组件和结构，提高系统的可靠性。

常用的方法有设计可靠性评估、冗余设计、容错设计等。

3.2 可靠性测试可靠性测试是指对系统进行工作负载、压力、故障等方面的测试，以评估系统的可靠性。

常用的方法有端到端测试、负载测试、异常情况测试等。

3.3 可靠性维护与改进可靠性维护与改进是指在系统投入使用后，对系统进行设备维护、故障排除、性能改进等工作，以保持系统的可靠性和稳定性。

四、提高系统可靠性的工程实践4.1 设定合理的要求和指标在系统设计之初，需要设定合理的可靠性要求和指标。

工程管理95企业家天地0结构可靠度理论在桥梁工程中的应用杨 敏 李玉荣摘 要:随着可靠度理论的发展与成熟,结构可靠度理论在桥梁工程中的应用也得到了长足的发展,在各个方面都有所突破。

本文介绍了可靠度理论在桥梁工程中的应用,特别介绍了大跨度桥梁风振可靠度研究进展。

关键词:结构可靠度;桥梁工程;应用进展中图分类号:T B114.2 文献标识码:A文章编号:CN 43-1027/F(2011)04-095-02作 者:重庆市实力公路开发有限公司;重庆,401147一、结构可靠度计算方法结构可靠度的计算方法是可靠度理论中的一个重要研究内容,它直接关系到结构可靠度理论在工程中的应用。

计算结构的可靠度,首先要获得结构的功能函数,但是,在实际问题中,结构的功能函数可能是非线性函数,且大多数基本变量不服从正态分布,在这种情况下,结构的功能函数一般也不服从正态分布,因而不能通过概率直接积分计算结构的可靠度。

这时需要进行结构可靠度的近似计算。

近似概率法是计算可靠度的常用方法,它通常仅用各基本变量的平均值(一阶原点矩)和方差(二阶中心矩)来描述其统计特征,而且,当功能函数为非线性时,也都按线性化处理,故亦将其称为一次二阶矩法。

该法可将一个复杂的多重积分问题转化为一个简单的数值计算问题,计算效率高。

当然,这些计算方法都是针对功能函数具有明确表达式的情况。

而实际工程中,由于结构本身构造复杂,往往不能给出功能函数的明确表达式,若直接应用上述方法就会遇到困难。

所以必须选取别的计算方法处理,如响应面法或随机有限元法。

同时,在计算机高速发展的今天,也使蒙特卡罗法得以在可靠度分析中发挥作用。

二、结构可靠度理论在桥梁工程中的应用进展现代桥梁向长、轻、柔方向发展,桥梁结构的可靠度分析就变得越来越重要。

在经济与技术许可的情况下,对桥梁进行可靠度研究,可以使设计方案更加合理经济,桥梁的技术改造决策更加科学,从而提高桥梁的承载能力,延长其使用寿命及改善其安全性能。

结构可靠度分析分析
一、可靠度分析概述
可靠度分析是指利用可靠性相关的理论、技术和方法，分析系统在特
定工作条件下的可用性，从而提高系统的可靠性。

可靠度分析可以指导系
统设计、确定系统的可靠性目标、优化系统结构、满足系统可靠度和质量
要求。

可靠度分析从另一个角度来看，就是对结构的一种性能分析。

它将探
究这些结构及结构构件中出现失效的原因、失效的性能和失效后的修复能力。

因此，可靠度分析不仅可以用来确定系统的可靠度，还可以用来改善
结构的设计和改善构件的选择，以提高结构的可靠性、可靠性和使用寿命。

二、结构可靠度分析方法
（1）试验可靠度法：系统的可靠性主要是由结构和构件的可靠性共
同决定的，因此，可以用试验的方法研究结构和构件的可靠性，从而计算
系统的可靠性。

（2）模型分析法：根据实际系统中几种可能失效模式，使用统计方
法建立模型。

河南科技5上路桥建设ROAD &BRIDGE C ONSTRUCTION此，居住区环境应当满足易受伤害群体和居民身体处于放松状态时的要求，以保护居民为目的，使居住环境更加适于生存。

2.居住区环境应当追求放松、平静和自然的气氛，追求人作为环境主体的存在价值。

在居住区的规划设计中应当谋求人与环境相和谐的尺度。

如中国传统园林中的“小桥流水”、“步移景异”的尺度关系。

而现代动辄1200米长轴线，追求时髦的空荡大草坪或高层、高密度的壮观楼群的尺度往往会使居民感到渺小或压抑；居住环境内的交通速度也应以人行速度为主，尽量做到人车分离，因为汽车对居住区内易受伤害人群来说，具有很大的危险性，很难使人身心放松；对于人口稠密的城市来说，居住环境的总体色彩应当以绿色为主，建筑造型应当追求简洁、平和，不应过于花哨；环境建设材料应追求质朴。

总之，人在进化过程中与自然界长期适应形成的生理、心理需求，比如对阳光、空气、水、温度、声音、湿度等因素的需求以及对环境变化的容忍程度，在居住区环境中都应当得到满足。

居住区环境中充满生命而有秩序，就有助于促进居民身心内部的活力和有序化，从而提高居民的身心健康情况。

3.居住区环境应避免商业倾向。

比如，在有些居住组团内形成的城市道路上，不时有公共汽车穿行而过或者小区内彩旗招展、广告鲜艳，商业气息浓厚。

这样的现象应该出现在城市商业区而不是居住区中。

4.居住区环境设计要重视居民参与。

居住区环境也是居民室内布局和家庭活动的外延。

每一户人家的审美观点虽然有很大差异，但大家都认为自己的家是最好的、最适合自己的，因为居室已被其自己的信息同化了。

因此，居住区环境建设中既要有通用的美学原则——大众信息，也应允许居民通过劳动将环境打上自我的信息，从而增强人对环境的认知感和领地感。

应当保护居民在居住区环境建设中的参与意识，珍视公共绿地的价值，减少对绿地的破坏。

居民的自发参与能大大丰富环境的信息量，使居住区环境更富人情味。

结构可靠度理论及应用复习题1什么是施加于结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。

引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如桥梁结构自重，作用于桥而的车辆、人群，施加于结构物上的风圧力、水压力、上压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。

另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约朿变形产生的内力效应，由于地丧造成地而运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。

它们都是间接作用于结构，称为间接作用。

“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。

2结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用：按空间位置变异可分为固泄作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。

3什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规泄疑值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。

荷载可根拯不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。

4试述公路桥梁汽车荷载的等级和组成？车道荷载的计算图式和标准值？公路桥梁汽车荷载分为公路一I级和公路一II级两个级別，分别由车道荷载和车辆荷载组成。

桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡上墙土压力等的计算采用车辆荷载。

车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。

车道荷载是个虚拟荷载，它的荷载标准值办和"k是在不同车流密度、车型、车重的公路上，对实际汽车车队车重和车间距的测定和效应分析得到。

车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上：集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线岐值处。

浅谈工程结构设计可靠度理论摘要：本文简单评述了工程结构设计理论的发展，总结了结构可靠度理论的国内外研究现状；详细叙述并分析了可靠度理论的各种适用方法，指出了我国结构设计可靠度理论的不足及发展方向。

关键词：结构设计可靠度理论1工程结构设计理论的发展工程结构设计的基本目的，是在结构的可靠性与经济性之间，选择一种最佳平衡力求以最经济的途径，使结构在预定的使用期（设计工作期）内完成预定的各种功能。

自1638年伽利略奠定现代建筑力学以来，工程结构设计方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法。

目前应用于国内外实际工程设计都是以近似概率法为基础，规定了工程结构可靠度设计的基本原则和方法。

2结构可靠度分析方法从研究的对象来说可分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法。

由于可靠度研究本身的复杂性，目前对结构体系可靠度的研究还很不成熟，仍处于探索阶段。

而结构点可靠度的计算方法已较成熟。

主要有：一次二阶矩法、高次高阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法、帕罗黑莫法及随机有限元法等。

2.1 一次二阶矩法一次二阶矩法是近似计算可靠度指标最简单的方法，只需考虑随机变量的前一阶矩（均值）和二阶矩（标准差）和功能函数泰勒级数展开式的常数项和一次项，并以随机变量相对独立为前提，在笛卡尔空间内建立求解可靠指标的公式。

因其计算简便，大多情况下计算精度又能满足工程要求，已被工程界广泛接受。

基于一次二阶矩的分析方法主要有四种（中心点法、验算点法、映射变换法、实用分析法）。

2.2 二次二阶矩法当结构的功能函数在验算点附近的非线性化程度较高时，一次二阶矩法的计算精度就不能满足一些特别重要结构的要求了。

近年来，一些学者把数学逼近中的拉普拉斯渐进法用于可靠度研究中，取得了较好的效果。

因该法用到了非线性功能函数的二阶偏导数项，故应归属于二次二阶矩法。

2.3 二次四阶矩法上述两种方法的精度能得以保证的一个基本前提是，采用的随机变量分布概型是正确的，且随机变量的有关统计参数是准确的，而随机变量分布概型是应用数理统计的方法经过概率分布的拟合优度检验后推断确定的，统计参数是通过统计估计获得的。

可靠性理论简介及其在客车设计方面的应用可靠性理论及应用是以产品的寿命特征作为主要研究对象的一门新兴的边缘性学科，它涉及到基础科学、技术科学和管理科学的许多领域，其推广和应用已给企业和社会带来了巨大的经济效益。

产品的可靠性已成为衡量产品质量的重要指标之一。

近年来，世界各发达国家已把可靠性技术和全面质量管理紧密地结合起来，有力地提高了产品可靠性水平。

本文首先简单介绍可靠性理论的历史和发展以及现状，再结合我国客车设计生产方面介绍可靠性理论的具体应用。

一.可靠性的发展概况可靠性工程的诞生可以追溯到20世纪40年代，即第二次世界大战期间。

当时，由于战争的需要，迫切要求对飞机、火箭及电子设备的可靠性进行研究。

最早提出可靠性理论的是德国的科学技术人员，德国在V—1火箭的研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论，即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。

到了20世纪50年代初期，美国为了发展军事的需要，投入了大量的人力、物力对可靠性进行研究。

美国先后成立了“电子设备可靠性专门委员会”、“电子设备可靠性顾问委员会”(AGUE)等研究可靠性问题的专门机构o 1957年6月4日，美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》。

这就是著名的“AGUE”报告。

这一报告提出了可靠性是可建立的可分配的及可验证的，从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。

“AGUE"报告是美国可靠性工程学发展的奠基性文件。

20世纪50年代，前苏联为了保证人造地球卫星发射与飞行的可靠性，开始了可靠性的研究工作。

同时，为了解决作战对导弹可靠性的要求，一些国家也先后开展了对可靠性的研究与应用。

1961年，原苏联发射第一艘有人驾驶的宇宙飞船时，宇航员对宇宙飞船安全飞行和安全返回地面的可靠性提出了0.999的概率的要求，可靠性研究人员把宇宙飞船系统的可靠性转化为各元器件的可靠性进行研究，取得了成功，满足了宇航员对宇宙飞船系统提出的可靠性要求。

结构工程专业中可靠性理论的应用作为基本建设的主体,土木工程结构不仅关系到国计民生,还会影响到一个国家的现代化进程,因此,保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用,满足设计要求的各项使用功能,及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的,即要保证结构的安全性、适用性和耐久性,这三个方面构成了工程结构可靠性的基本内容。

一、采用可靠性理论的优势在规定的时间和条件下，工程结构完成预定功能的概率，是工程结构可靠性的概率度量。

工程结构可靠性，是指在规定时间和条件下，工程结构具有的满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力。

由于影响可靠性的各种因素存在着不定性，如荷载、材料性能等的变异，计算模型的不完善，制作质量的差异等，而且这些影响因素是随机的，因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量。

结构能够完成预定功能的概率，称为可靠概率；结构不能完成预定功能的概率，称为失效概率。

总之，结构可靠度方法的重要意义，在于对结构安全性检验提出了建立在概率分析基础上的一系列性的概念，原理，方法和衡量标准，综合考虑了工程结构中的各种不确定因素，对结构可靠性有了一个客观的统一度量，并且力求达到最佳的经济效益,将失效概率限制在人们实践所能接受的适当程度上。

为人类社会的不断进步作出贡献。

二、结构可靠度理论目前的应用情况可靠性设计又称概率设计。

这种设计方法认为，作用于结构的真实外和在其结构的真实承载能力，都是概率意义上的量，设计时不可能予以精确地确定，称为随机变量或随机过程，它服从一定的分布。

一次为出发点进行结构设计，能够与客观实际情况更好的符合。

它能够根据结构的可靠性要求，把失效的发生控制在一种可接受的水平。

这种方法的明显好处是给出了结构可靠程度的数量概念。

对于像飞行器这样一些航空机构，概率实际法的明显优点是重量减小，并能降低成本和提高性能。

概率设计法能够解决两方面的问题：根据设计，进行分析计算已确定结构的可靠度；根据任务提出的可靠度指标，确定构建的参数。